中南大学GIS课程设计实验报告.docx
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中南大学GIS课程设计实验报告
GIS课程设计实验报告
小组:
第五组
组员:
钟蕾,邢磊,张成,
乃古色拉,司宝元
班级:
测绘试验班1101
指导老师:
李光强,赵玲
一、课程设计数据
中南大学校本部CASS数字地形图数据文件()
中南大学校本部遥感地图
二、实验所使用的平台
ArcGIS(自己的电脑)
三、课程设计的任务、性质与目的
本课程设计是GIS专业的技术实践课,是在完成地理信息系统的课堂教学后进行的,旨在加深学生对地理信息系统基本概念、基本原理的理解,提高学生的地理信息系统的理论水平和分析问题、解决问题能力以及编写设计报告的能力。
(1)掌握ArcGIS软件的基本功能,学习AutoCAD数据(DWG)向SHAPE文件转换的基本流程,掌握显示、查询和编辑空间数据的方法和基本操作;
(2)掌握影像数据处理和校准的基本方法;
(3)掌握ArcCatalog管理空间数据的基本功能,学习ArcSDE建立空间数据库和数据入库的基本流程和操作;
(4)掌握ArcMap修饰地图文件的基本方法;
(5)掌握ArcGISServer部署和发布空间数据的流程与基本方法;
(6)掌握由高程点生成TIN,再转换生成DEM的方法和流程;
(7)学习掌握利用DEM生成坡向、坡度图的方法,以及重分类的方法和原理;
(8)学习维数字地表模型DTM的创建方法;
(9)掌握ArcScene建立三维模型的基本方法;
四、课程设计基本要求
1、课程设计分小组进行,组内要有明确分工与合作,本设计的具体上机操作步骤由学生独立完成。
2、在课程设计的教学过程中,指导教师应分阶段对学生完成的工作及所得结果进行检查。
3、学生要按照课程设计任务的要求,按时按量按质地完成课程设计。
在课程设计过程中,凡累计旷课时间达到或超过课程设计全过程1/3或未完成课程设计任务要求者,按不及格处理。
4、每位学生认真填写课程(实习)日志,每小组需编写课程设计报告,课程设计报告内容应包括封面(设计题目、班级、指导教师姓名、设计者班级、姓名)、课程设计任务、摘要、目录、原理、设计方案、实验方法(步骤)及结果分析、课程设计总结、参考文献和附录等。
5、课程设计最后一天由各小组对所做工作进行总结并做报告,报告时间8~10分钟,少于或多于规定时间,均将扣除一定成绩分数;报告完成以后,由老师向根据分工,向每位同学提问,视问题回答情况给出一定的汇报成绩。
6、课程设计的总成绩根据平时成绩、汇报成绩、实习日志和课程报告综合评定。
五、课程设计的内容
(1)收集有关基础地理数据、地形图制图等相关标准或规范,学习CASS的地形图制图规范,掌握地形图常用分层方法和图层结构,掌握DWG数据向SHP数据转换的方法和数据质量控制的基本方法;
①打开中南大学(本部)DWG地形图(),理解地图的分层方法与命名;
地图分层方法:
地图分层的主要依据是地物类型,将相同地物归类到同一图层,有助于我们编辑、使用、存储和管理;
分层命名的方法:
在CASS中,层名为地物名称拼音首字母组合,这样对于操作人员来说简洁易懂;
②利用ArcGIS完成DWG文件向SHP文件的转换,并确保原DWG中的图层和数据不丢失,参考CASS的分层方法将图层分为道路、学生宿舍、教师宿舍、教学楼、办公楼、体育场、绿地、池塘等;
在将DWG文件向SHP文件转换的过程中,我们首先利用ArcCatalog,在文档内建立个人数据库,并建立一个数据集,之后展开DWG文件,首先选中POLYLINE图层,右键打开EXPORT——TODATABASE(SINGLE),在对话框下选择文件保存路径为刚才建立的数据集,之后点击公式按钮,编写公式“layer”=“road”,完成后,点击OK,即可将POLYLINE文件中的所有道路提取出来,并保存为一个SHP文件,其余图层的添加方式相同,面属性的地物需要在POLYGON文件中导出。
③建立拓扑关系,检查面状地物是否存在拓扑错误,并修改拓扑错误;检查同一条道路中心线是否分段,并合并分段道路;利用ArcMap中的ModelBuilder工具建立不同地物拓扑结构检查模型,并用该模型检查道路与面状地物的拓扑结构是否存在错误(如道路穿过房屋、池塘等),并修改错误;
首先右键点击数据集,选择NEW——TOPOLOGY,建立所有地物的拓补关系,并根据经验和实际情况,为拓补检查添加规则,拓补检查中最重要的对象是等高线,添加的规则有:
不能相交、不能自交,不能互相重叠。
道路的规则有:
不能自交。
建筑物的规则有:
不能重叠。
在添加完成后,地物拓补关系就生成了。
将拓补关系图拖入ARCMap中,开始对拓补关系的错误进行检查和改正,首先开始编辑,对拓补关系图进行编辑,之后点击ERRORINSPECTER,这时在客户区下方会弹出错误检查列表,所有的拓补关系错误都会显示出来,一般的错误是房屋会有重叠,一部分原因是绘制错误,这要根据实际情况做相应改正;一部分错误是房屋立柱,在绘制过程中线条不连续,这时只需右击错误,选择MERGE,是房屋变为一个整体。
等高线的错误主要是线条有相交和间断,将多余线条阶段,将不连续的线条连接到一起。
(2)影像数据的处理和校准;
①从XX地图中分幅截取我校影像数据,并分幅存为png或jpg文件;
②利用Photoshop软件或其它图像处理软件拼接截取的影像图;
在XX地图中,选取一个合适的比例尺,截取几张相片,要全部覆盖本部,将截取的相片用PHOTOSHOP拼接在一起,制作一张覆盖校本部的影像图;
③在ArcMap中,利用任务
(1)转换出的SHP文件,校准影像数据,要求校准的均方根误差(RMSE)小于1。
将拼接后的影像导入ARCMap中,这时会发现影像图与地形图的空间位置不一致,点击开始编辑,在工具栏中view✍Toolbars✍Georeferencing,将AutoAdjust去掉,然后手动选择同名点,在遥感图像中选中一个点,再在dwg图像中选择对应的点连接起来,然后点击Georeferencing✍Transformation✍Adjust,进行配准,然后Updatedisplay即可。
均方差:
20个控制点
我选择的控制点总共有20个,最后的均方根误差为
(3)利用ArcSDE建立空间数据库;
这一步因为没有人的电脑能连接数据库,所以无法使用SDE建立企业级数据库,最后老师要求我们只需建立个人数据库即可,而个人数据库在我们导入SHP文件时就已建立,在我们使用过程中,ARCMap只是一个工具而已,我们在ARCMap中打开数据库中的文件
,再编辑的过程中,文件中的任何改动都会保存在数据库中,在后续的试验中,我们会发现使用数据库的优点,它便于管理和存储,尤其是保存,不需要操作者花费过多心思。
(4)添加注记
在ArcMap中加载数据,并在图层中添加名称字段(Name),并输入相应名称;
首先为每一个图层添加一个字段,打开字段表,点击第一个菜单按钮,在列表中选择ADDFILED,将字段名命名为NAME,字段类型设置为TEXT,添加完毕后后,在图层中的每一个地物的属性表里添加名称,其他图层的添加方式相同,添加完毕后,字段名称并不会显示在图像上,这是需要右键选择图层属性,打开LABELS,勾选LABELFEATUREINTHISLAYER,并在LABEIFIELD中选中刚才添加的字段,这样我们添加的注记就显示在图层上了。
(5)地图整饰;
①在ArcMap中加载空间数据库中的各图层,并将各图层数据依据相关标准进行符号化;
③依据地形图制图规范,添加图例、比例尺、图名,实现地图的版面设计,生成一幅中南大学校园地形图,并存为文件;
点击客户区LAYOUTVIEW按钮,将图像切换到地形图展示区,这时我们会发现软件会生成一个地图图框,我们要做的就是在图框中按照规范添加地图要素,在菜单栏种选择INSERT,首先添加TITLE,名称为“中南大学校本部地形图”,再添加LEGEND(图例),图例形式的选择要尽量简单,明了。
最复杂的是添加比例尺,由于我们在一开始的拓补关系中没有重视参照坐标系的选择,这里我们在添加比例尺时,由于与图像比例尺的参照基准不一致,会导致比例尺失调,无法正确显示实际距离,后来在老师的指导下,我们重新改正地形图参照坐标为GUASS投影下的北京54坐标,投影带为114E带。
这样,比例尺就可以正确的显示实地长度了。
(6)利用ArcGISServer部署和发布中南大学校园地形图;
安装IIS和ArcGISServer软件,并配置ArcGISServer相关参数;
1、从开始菜单启动ArcMap,新建一个空文档。
2、点击AddData按钮,定位到要添加的数据选中该点击,将数据加载到ArcMap中。
3、选择File->ShareAs->Service...
4、选择Saveaservicedefintionfile,下一步;
5、可以选择文件保存位置
6、保存后出现如下界面,选择右上角Stage按钮
7、出现如下界面,等待success
(7)采集调高程数据,并生成TIN和DEM;利用手机中的GPS程序。
①采集测区内的高程数据(WGS84系),并存为EXCEL文件;
6月24号早晨,我们组因为在之前的试验是接到了一台RTK,利用长沙CORS站,我们组花费了一个上午的时间获取了我们测区的高程点,由于RTK具有导出多种文件格式的功能,我们可以直接将测量数据导出为CSV格式的文件,这样节省了我们很多时间。
CSV文件可以直接导入ARCCATALOG中查看。
首先我们将CSV格式的文件另存为XLS格式的文件,之后再重新导入CATALOG中,打开PREVIEW就可以查看点的列表,我们需要将点的第一列的字段名保留,这样才有利于我们选取所需数据,查看确认表格无误后,就可以直接拖入ARCMAP中,这时我们还无法直接查看表格,右键选择DISPLAYXYDATA,将表格中对应的X,Y坐标展绘,这样我们就可以直接查看测点的空间分布了。
②将高程点EXCEL文件得用ARCMAP转换为SHP文件;
右键点击选择DATA——EXPORTDATA,选择SHAPEFILE文件格式,就可以将展绘后的点文件转换为SHP文件格式了。
③利用ArcMap中的矢量校准工具(SpatialAdjustment)将WGS84系的高程点转换为与校区DWG一致坐标系的数据;
由于RTK测量时我们的参考坐标系选择不一致,所以我们需要对点的SHP文件进行矢量几何校正,右键点击工具栏空白处,选择SPATIALADJUSTMENT,就可以打开校正工具了,首先选择开始编辑,对刚才的高程点文件进行编辑,之后再SPATIALADJUSTMENT中选择SETADJUSTDATA,将高程点文件设置为待编辑数据,设置完成后,开始进行控制点选取,至少选择三个控制点,最后开始ADJUST就完成校正了。
④利用ArcScene中的TIN生成工具,将校准后的高程点生成TIN,再由TIN转换生成DEM数据。
校正后的高程点在ARCSCENE中打开,选择ARCTOOLBOX——3DANALYSTTOOLS——DATAMANAGEMENT——TIN——CREATETIN,在对话框中选择高程点文件,并将编辑字段设置为Z坐标,TIN就生成了。
选择3DANALYSTTOOLS——CONVERSION——FROMTIN——TINTORASTER,选中刚才做好的TIN,即可生成DEM。
(8)利用DEM生成坡向、坡度专题图,并将坡度重分为5类;
①利用RasterSufface工具,将DEM转换生成坡度专题图;
选择3DANALYSTTOOLS——RASTERSURFACE——SLOPE,选中刚才生成的DEM,生成坡度专题图。
②利用RasterReclass工具,对生成坡度专题图重分为5类。
选择3DANALYSTTOOLS——RASTERRECLASS——RECLASSIFY,选中刚才生成的SLOPE,并将坡度分为五类,生成坡度专题分类图。
(9)利用DEM数据,结合校准后的影像图,生成维数字地表模型DTM;
在ArcScene中,加载校准后的影像数据和DEM数据,在影像属性中,设置基底高度为DEM的高程。
加载已经校准过的影像图,右键点击属性,选择BASEHEIGHT,将基底高度选为DEM。
(10)利用ArcScene建立三维模型的基本方法。
①在ArcMap中,打开房屋图层的属性表,增加Height字段(Float类型);
②编辑房屋图层,根据采集的房屋楼层数,为每个房屋设置Height=4*层数;
同添加注记的方法,为建筑物添加另一个属性字段HEIGHT,并将之前考察过的楼层高度添加进去并保存。
③在ArcScene中加载房屋、影像和DEM数据,设置影像、房屋的基底高为DEM数据高程,建立维地表模型;右键选择属性,在BASEHEIGHT中设置房屋基底高度为DEM。
④在房屋图层属性的Extrusion面板中,设置房屋高度;还是在属性对话框中,选中EXTRUSION,打开EXPRESSBULIDER,将编辑字段设置为HEIGHT。
打开Fly工具,对生成的三维模型进行三维飞行漫游。
六、实验中遇到的问题
1、安装的时候,我们组没有人安装过ARCGIS软件,在安装的过程中,有一些人的电脑无法安装,在这里我们花费了一定的时间;
2、在DWG文件导出为SHP文件时,某一个图层上的一些地物会出现丢失的情况,这主要是由于该地物是面状地物,但是却没有闭合,导致最后无法转换;
3、影像几何纠正时,我们使用ADJUST纠正时,由于是一次性纠正,如果均方根误差不满足条件,我们只能重做,这样费时又费力,所以最后我们选择AUTOADJUST进行校正;
4、在获取数据的过程中,高程点的采集比较费时费力,而且由于是我们第一次使用高程点进行坡度专题图的生成,由于经验不足和高程点采集密度不够,我们的坡度图效果不好。
最后我们队测量区域进行了高程点的加密。
七、实验总结
为期两周的课程设计结束了,在这两周的时间里,我们利用GIS软件设计制作了校本部的维地图模型,之前的专业课学习中,我们学习了数据库管理、GIS基础、GIS工程与应用,但是我们只是单纯的学习这些理论知识,并没有理解知识的精华,通过这次实习,我们将之前学习的知识都联系了起来,制作了维影像地图,也是对我们知识的扩展和应用。
在实习的过程中,我们也暴露了很多问题,比如专业知识不够扎实,态度不够端正,知识的运用能力欠缺,这就是说我们的实践能力还有待挖掘,所以我们还要在今后的学习中,培养自己的动手能力,改正自己的懒散的态度,完善自己的任务,再接再厉。
8、个人心得
乃古色拉:
在这两周的实习中,从对ArcGIS的一知半解到全面了解此软件的功能,从GIS的理论知识到实践能力,从无处起笔到成果的精彩呈现,通过老师的悉心教导,自己的勤奋努力,和同学的热心帮助理解到了GIS的实际应用,巩固了GIS理论知识,对GIS有了更全面的认识。
在此次的课程设计中,我也遇见了不少问题,如:
在刚开始的DWG文件向SHEP文件的转换过程中始终出现难以转换的问题,在由DWG文件向SHEP文件转换时转换了线文件的问题,在第一次进行影像的校准时精度不够的问题,由于采集的高程点的密度不够出现的DEM模型不正确的问题等。
遇到这类问题,我都会像老师同学请教,亦或与同组同学积极交流讨论,直到找到解决办法,从中我也学会了在学习与实践中寻找问题、解决问题的方法。
司宝元:
两周的课程设计,从刚开始的完全无从下手到进一步的熟悉,我们学到了很多很多,老师出于苦心给的大纲只有骨架,为的就是让我们自主学习,分组讨论,养成自己解决问题的能力,如此不但自己掌握了知识,还培养了能力。
我们也不负众望,积极讨论,上网查做每一步的原因等等,很认真的完成了数字高程模型的建立。
其中遇到了很多问题,在dwg文件转成shp文件时出现了部分图形的缺失(老师提醒后发现)原来是有些面图形未闭合,我们还按面去转格式;实验室做的成果转自己电脑上找不到,究其原因是路径的问题;为了保证图像校准时均方差左右,要求控制点数目合理,不集中分布四方等等,皆是实验中遇到的问题。
态度放好,不畏惧,我们解决了。
两周下来我觉得自己对GIS的兴趣更浓了,能力也提高了。
张成:
两周的GIS课程设计,不仅是对ArcGIS的学习过程,也是进一步加强我们课堂上学习知识的过程。
这次的课程设计我们付出了很多,因为以前的课程设计都是按照指导书一步步做的,很少有自己的思考在里面。
这次两位老师准备的实验指导书只有大纲,目的就是培养我们自主解决问题的能力,很多问题需要我们去发现并找到解决的办法,或通过询问老师,或通过网上查阅资料。
在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知,通过亲自动手操作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
例如在进行图像校准的时候,指导书上建议使用的是GoogleEarth上的遥感数据,但是我们在下载数据进行比较的时候,发现图像较为模糊且丢失了很多信息。
经过多方比较,我们发现XX地图上有我们学校区域的航拍影像,并且图像清晰信息全面。
但是同样存在问题的地方是,截图下来的图片是一张一张的,比例尺不合适,所以最后我们通过Photoshop的拼图功能对图像进行了拼接,再通过Arcgis进行图像校准。
回顾起此课程设计,至今我仍感慨颇多,从理论到实践,在这段日子里,可以说得是苦多于甜,但是可以学到很多很多的东西,理论与实践结合,才是最有效的学习方式。
邢磊:
为期两周的课程设计让我学到了很多东西,在这两周的时间里,我们利用GIS软件设计制作了校本部的维地图模型,之前的专业课学习中,我们学习了数据库管理、GIS基础、GIS工程与应用,但是我们只是单纯的学习这些理论知识,并没有理解知识的使用方法,而且作为一名测绘的学生,对于地信的专业认识还不够充分,所以,借此次实习的机会,我们能够在一个连续的、系统的设计中领略地信专业的魅力,通过和我们测绘完全不一样的视角,拓展我们的视野,丰富我们的实践经历。
在实习的过程中,我们也暴露了很多问题,比如专业知识不够扎实,态度不够端正,知识的运用能力欠缺,这就是说我们的实践能力还有待挖掘,所以我们还要在今后的学习中,培养自己的动手能力,改正自己的懒散的态度,完善自己的任务,再接再厉。
钟蕾:
虽然不是第一次使用ArcGIS软件了,但是本次课程设计是我们第一次系统地
使用ArcGIS进行实践,由于我们对软件的操作不是很熟练,加上我自己对所做的事情不了解,有疑惑,所以刚开始的几天我比较迷惑,一直是在等待别人的帮助,虽然如此,我也没有完全依赖别人,我逐步地学习和掌握操作方法,还有实践的基础理论,慢慢地,我也能够按照自己的思路进行制作了。
两周的实践对于我来说,最大的意义在于学到了运用知识的能力,还有自助学习的能力,我们女生在这方面不是很积极,但是成功后的喜悦是令人难忘的,所以今后我还要继续努力,从这次实践中汲取经验,完善自我。